[發明專利]一種從廢舊鋰離子電池中回收與再生正極材料的方法

在審

• 申請號: 202110503254.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113314710A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 朱佳欣;郭光輝;武婕;程祥雨;程煜堃
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/54;H01M10/0525;C22B7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種鋰離子電池正極材料中重金屬元素回收與正極材料再生方法。首先將廢舊鋰離子電池完全放電、拆解、煅燒、堿洗得到正極材料粉末；使用浸出劑浸出正極材料中的有價金屬元素，得到富含有價金屬的浸出液；加熱蒸發浸出液中的氨并調節溶液的pH，得到氫氧化鎳鈷錳沉淀前驅體；將前驅體與適當過量的碳酸鋰混合研磨，然后采用兩段升溫法煅燒合成三元正極材料。從浸出液中的蒸發出來的氨氣可以使用硫酸吸收，生成銨鹽，實現氨的再利用。本發明可實現三元正極材料循環利用，而且工藝簡單，能有效降低生產成本，并且可實現氨的循環使用。

技術領域

本發明涉及廢舊鋰離子電池有價金屬回收技術領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料有價金屬回收與正極材料再生方法。

背景技術

隨著新能源汽車的迅速發展，數量龐大的動力鋰離子電池在報廢之后的回收問題日益引起人們的關注。廢舊鋰離子電池中含有大量的重金屬和有機化合物，若不經處理，會對水、土壤和空氣造成嚴重破壞并危害人類健康安全。廢舊三元鋰離子電池中含有大量的有價金屬，5～20%的鈷、5～10%的鎳、5～7%的鋰、5～10%的其他金屬，15%的有機化合物和7%的塑料，具有顯著的經濟價值。循環利用廢舊鋰離子電池、消除電池有害影響是動力鋰離子電池應用領域可持續發展的必由之路。

目前，針對廢舊鋰離子電池的主流回收方法側重于正極材料有價金屬元素的回收，主要包括干法回收、濕法回收等。回收的金屬材料又可作為電池材料原料，重新投入到電池材料的生產過程中。在“報廢電極材料→原材料→電極材料”的循環中，金屬以不同的狀態存在，在遷移過程會造成大量的能量浪費。早期的鋰離子電池正極材料主要為LiCoO₂，由于Co的回收價值高，且Li的回收意義重要，因此研究者回收金屬元素的興趣濃厚。然而隨著三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的優勢凸顯和利用范圍的擴大，這類材料的回收和循環利用也逐漸得到重視。目前對回收鋰離子電池的研究以濕法酸浸居多。這種方法需要使用大量的酸和有機溶劑，提高了生產成本較高，而且回收過程會釋放有毒有害氣體。而且現有回收技術采用的固液比較低，不適合大規模生產。鑒于回收產物的特殊組分，可以將回收與合成相結合。利用廢舊正極材料為原料回收并再生出新的正極材料，不僅可以避免回收階段分離純化的繁瑣，而且能實現鋰電池行業物質的閉環利用，降低正極材料的生產成本，提高經濟效益。

基于現有技術中回收鋰離子正極材料的現狀，有必要對此進行改進，通過簡化回收流程，大幅度降低材料的生產工序，實現鋰離子電池回收工藝的改進，實現經濟效益。

發明內容

鑒于上述技術問題，本發明提出了一種從廢舊鋰離子電池中回收有價金屬及正極材料再生方法，該方法制備過程簡單、工藝條件溫和、流程所需時間短、不需消耗大量酸和堿、成本低，而且能有效實現三元正極材料回收，綠色環保，不會產生大量固廢和廢水。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

（1）將廢舊鋰離子電池放電拆解煅燒得到正極材料粉末；

（2）將正極材料粉末加入到浸取液中并于水熱反應釜中進行高溫浸出反應，過濾得到富含有價金屬的浸出液，控制正極材料粉末與浸取液的比例為10-20 g/L；

（3）調節浸出液中的過渡金屬元素的含量，然后于氮氣氣氛下加熱浸出液，蒸發出溶液中的氨，并調節溶液pH為10.5-11.2，得到前驅體；

（4）將前驅體與鋰源混合后球磨均勻，然后煅燒即完成正極材料的再生。

上述技術方案中，所述步驟（1）中，廢舊三元鋰離子電池經放電、拆解、篩分、煅燒可以除去大部分鋁、碳和粘結劑，得到廢舊正極材料粉末。

作為優選方案，所述廢舊鋰離子電池正極材料為鈷酸鋰正極材料、鎳酸鋰正極材料、鎳鈷錳正極材料中的一種。

作為優選方案，步驟(1)中煅燒溫度在400-500 ℃，煅燒時間在1.5-5 h。